建筑构造--基础..

第2章基础与地下结构 本章内容 2 1地基与基础的概念2 2地基的分类与加固方法2 3基础埋深的确定原则2 4基础宽度的确定原则2 5常用基础的类型及构造2 6地下室的防水 2 1地基与基础概述 1 基本概念基础 建筑物与土层直接接触的部位 地基 支撑建筑物重量的土层 地基承受建筑物荷载而产生的应力和应变随着土层深度的增加而减小 在达到一定深度后就可忽略不计 持力层 直接承受建筑荷载的土层 下卧层 持力层以下的土层 基础 2 两者的关系基础是建筑物的组成部分 而地基不是 基础承受建筑物上部所有荷载 并且传给地基 两者共同作用 保证建筑物的稳定 安全 坚固耐久 概括为一个公式 A N PA为基础底面积 N为建筑物总荷载 P为地耐力地耐力一定 荷载越大 底面积越大 3 地基与基础设计应满足的基本条件 1 地基应具有较高的承载力 强度 变形 稳定足够的地耐力和良好的稳定性 并保证建筑物的均匀沉降 尽可能选在承载力高且分布均匀的地段 如岩石类 碎石类 砂性土类等地段 2 基础应具有足够的强度和耐久性足够的承载能力承受建筑物上部荷载 埋于地下的隐蔽工程 易受潮 且很难观察 维修 加固和更换 3 基础工程应注意经济效果基础工程约占建筑总造价的10 一40 天然地基凡天然土层具有足够的承载力 不需经人工加固或改良便可作为建筑物地基 人工地基当建筑物上部的荷载较大或地基的承载力较弱 须预先对土壤进行人工加固或改良后才能作为建筑物地基 地基土层分布图 2 2地基的分类和加固方法 地基加固的原理是 将土质由松变实 将土的含水量由高变低 1 压实法 压实机械 重锤 压路机 振动压实机基本原理 通过减小土壤颗粒间的空隙 把细土粒压入大颗粒间的空隙中去 并及时排去孔隙中的空气 从而增强密实度 减少压缩 优点 不需增加额外的建筑材料适用土质 地下水位以上的粘土 砂类土和湿陷性黄土 1 强夯压实 用重锤自一定高度自由下落夯击土层使地基迅速固结的方法 实法用于粘性土 湿陷性黄土及人工杂填土等软弱地基的深层加固 但必要时要采取防震措施 2 振动压实法 将振动机械置于地基表面进行一定时间的振动 利用其激振力在土中产生的剪切压密作用 使一定深度内的土均匀增密 从而改善地基的力学性能 振动压实法适用于处理砂性土及松散性杂填土 炉灰 炉渣 碎砖瓦等 3 机械压实 利用压路机 轮胎碾等机械碾压地基土壤 使地基压实排水固结 机械压实适用于大面积浅层填土 2 换土法 当地基土的局部或全部为软弱土不宜采用压实法加固时 如淤泥 沼泽 杂填土 洞等 可将局部或全部软弱土清除 换以好土 如粗砂 中砂 砂石料 灰土等 2 1 换填法 1 施工工艺过程 挖软弱层 回填 夯实2 适用范围淤泥淤泥质土湿陷性黄土素填土杂填土 3 打桩法 打桩法桩基的组成桩基的分类桩基布点 1 打桩法 打桩法是在软弱土层中置入桩身 将建筑物建造在桩上 所以也可称为桩基础具有承载力高 稳定性好 沉降量小而均匀 便于机械化施工 适应性强等优点 2 桩基的组成 桩基础是一种常用的深基础形式 桩基由桩身和承台梁 或板 组成 桩基础 3 桩基分类 按照承载方式 按施工工艺 端承桩 摩擦桩 预制桩 灌注桩 3 桩基分类 端承桩是将桩尖直接支承在岩石或硬土层上 用桩身支承建筑物的总荷载 摩擦桩是用桩挤实软弱土层 靠桩壁与土壤的摩擦力承担总荷载 按照承载方式 3 桩基分类 预制桩 构件厂或施工现场预制 借助打桩机打入土中 灌注桩 现场采用钻孔机械钻孔成型并灌入混凝土后形成 扩大头 无扩大头 按施工工艺 1 柴油锤桩机吊起预制方桩 预制桩施工过程 2 两个工人扶住桩头 将桩定位 3 桩机开始将桩锤吊起 4 桩锤吊起后 远处的一个戴黄安全帽的工人操作绳子 将桩锤放下 柴油机工作 锤击开始 柴油机冒出黑烟 仅半分钟 9米的桩就进入土中 桩锤提起后 工人铲些土放在桩头上 桩机又将钢管制作的送桩器吊起 在工人的引导下 将送桩器放在桩顶上 桩机通过送桩器开始继续打桩 快到持力层了 打了好一会桩才下去一两米 送桩器只能看到一小段了 技术员在旁边记录最后几击的贯入量 打桩机细节 将送桩器提出 送桩器提出后留下一个孔 沉管灌注桩施工过程 爆扩桩基础 爆扩桩施工过程 4 桩基布点 群桩效应 指群桩基础受竖向荷载后 由于承台 桩 土的相互作用使其桩侧阻力 桩端阻力 沉降等性状发生变化而与单桩明显不同 承载力往往不等于各单桩承载力之和这一现象 2 3基础埋深的确定原则 1 基础埋深2 确定基础埋置深度的影响因素 概念 室外设计地坪到基础底部的垂直距离 室外地坪 自然地坪 设计地坪 自然地坪 施工建造场地的原有地坪 设计地坪 按设计要求工程竣工后室外场地经过挖掉部分土层 或者填垫部分土层 后的地坪 2 分类 深基础浅基础 小于5m 基础的埋置深度不应小于0 5m 1 基础埋深 基础的埋深 室外设计地坪 基础底部 基础埋深 深基础VS浅基础 埋深小于基础底面宽度的4倍且小于5m 可用普通开挖基坑和坑内排水方法修筑的基础 一般称为浅基础 如独立基础 条形基础 筏板基础和箱形基础等一般情况下 基础埋置深度 基础宽度的4倍或 5米为深基础深基础必须埋置在较深的坚实土层上 需用特殊的施工手段和设备修筑 如桩基 沉井 沉箱 地下连续墙等深基础耗料多 施工困难 遇水及塌方的概率较高 因此在设计时优先考虑天然地基上的浅基础只有在表层土质极弱 总荷载较大或其他特殊情况下 才选用深基础 2 确定基础埋置深度的影响因素 1 建筑物的特点及使用要求2 地基土的情况3 地下水位的影响4 土的冻结深度的影响5 相邻基础的影响6 其他影响 1 建筑物的特点及使用要求 有无地下室 设备基础和地下设施等 是基础埋置深度的先决条件 土质地基上的高层建筑 基础埋深随着建筑物高度的增高应适当加大 岩石地基的高层建筑应满足抗滑要求 2 地基土的情况 3 地下水位的影响 1 埋在地下水位以上2 将基础埋在地下水位以下且基础底距最低水位不小于200 4 土的冻结深度的影响 冰冻线 冻结土与非冻结土的分界线 冻胀现象 由于土中水的冻结和冰体 特别是凸镜状冰体 的增长引起土体膨胀 地表不均匀隆起的作用 易冻胀的土层 粉砂 轻亚粘土等 新旧建筑物基础埋深的关系 新建建筑物不大于原有建筑物时 影响不明显 新建建筑物大于原有建筑物时 基础间的净距应根据荷载大小和性质等确定 一般为相邻基础底面高差的1 2倍 5 相邻基础的影响 2 4基础宽度的确定原则 P 基底的底面应力 Pa F 上部结构的荷载 G 基础自重和基础周围的土重 fK 地基承载力的标准值 Pa A 基底的底面积 m2 2 5常用基础的类型及构造 基础的类型 无筋扩展基础 钢筋混凝土基础 刚性基础 凡受刚性角控制的基础为刚性基础 刚性基础所用的材料有砖 混凝土 毛石等 这些材料共同的特点是抗压强度大 而抗拉 抗剪强度小 刚性角 基础挑出放脚的部分 将其对角线连接与高度线形成的夹角成刚性角 1 刚性基础 刚性基础受力分析 a 基础放脚宽高比在允许范围内 基础底面拉应力小 未超过材料的抗拉强度 受力良好 b 基础宽度加大 其放脚宽高比过允许刚性角范围 基础因受拉开裂而破坏 c 在基础宽度加大的同时 也增加基础高度 使基础放脚宽高比控制在允许范围内 1 灰土基础灰土基础是用经过消解后的生石灰和粘土按一定比例 体积比 拌合而成 一般取灰土比例为3 7或2 8 灰土基础一般适用于5层或5层以下 地下水位较低的砌体结构房屋 其厚度与建筑物层数有关 灰土基础施工时应逐层铺设 每层夯实前虚铺220 夯实后的厚度为150 灰土基础的抗冻 防水性能差 在地下水位以下或较潮湿的地基上不宜采用 2 三合土基础三合土基础是用石灰 砂 碎石 或碎砖 矿渣等 三种材料按1 2 4 1 3 6的体积比进行配合 在基槽内分层夯实 每层夯实前虚铺220 夯实后的厚度为150 4 砖基础砖砌台阶形基础是广泛应用的一种刚性基础 称为大放脚 二皮一收式 每两皮砖的高度 收进1 4砖的宽度 二一间隔收式 两皮砖的高度与一皮砖的高度相间隔 交替收进 每次均收进1 4砖的宽度 混凝土基础 5 混凝土基础截面形式 矩形 台阶形和锥形 H 350mm 矩形 350mm H 1000mm 台阶形 每个台阶高350 400mm 台阶多于三级 锥形 地基处理密实为准基础选型因地制宜 毛石混凝土基础 6 毛石混凝土基础 2 柔性基础 当建筑物上部荷载较大时采用在混凝土底部加入钢筋 提高抗拉强度 这种不受刚性角限制的基础称为柔性基础 钢筋混凝土基础 1 墙下条形基础2 柱下独立基础3 柱下条形基础 柱下单向条形基础 联梁式交叉条形基础 柱下井格基础4 整体式基础 筏式基础 箱形基础5 桩基础锤击预制桩 沉管灌注桩6 特种基础沉井基础 沉箱基础 壳体基础 按构造形式分类 基础的类型 1 墙下条形基础 主要用于墙承载结构中 2 柱下独立基础 适用于土质和荷载均匀的柱承载结构的建筑物 柱下独立基础 体育馆基础 交大希望实验中心基础结构 3 柱下条形基础 柱下条形基础 只减少基础之间的沉降差 3 柱下条形基础 3 柱下条形基础 当地基条件较差 为了提高建筑物的整体性 防止柱子之间产生不均匀沉降 常将柱下基础沿纵横两个方向扩展连接起来 做成十字交叉的井格基础 井格基础 柱下井格基础 扩大基底面积 具有足够的空间刚度调整不均匀沉降 4 整体式基础 筏式基础和箱形基础 筏式基础 将墙或柱下基础连成一片 使整个建筑物的荷载承受在一块整板上 这种满堂式的板式基础称筏式基础 筏片基础可分为无梁式和梁板式两种类型 板式筏板基础的厚度不宜小于200肋梁式筏式基础的板厚不得小于200 且宜大于计算区段内最长板跨的1 20 4 整体式基础 箱形基础 由钢筋混凝土的底板 顶板和若干纵横墙组成的 形成中空箱体的整体结构 共同来承受上部结构的荷载 箱形基础 2 6地下室的防水 地下室防水设计的方案 隔水法 降排水法 内排法 综合法 柔性防水材料 刚性防水材料 设计最高水位 500 1000 500 100mm混凝土垫层 冷底子油 沥青油毡 20厚水泥砂浆保护层 结构层 20厚水泥砂浆找平层 冷底子油 卷材防水层 干铺油毡 120厚保护墙或聚苯乙烯板保护层 20厚灌注水泥砂浆 低渗性回填土 图7 16地下室卷材外防水做法 地下室防水构造